Des scientifiques créent une cellule solaire presque invisible dont la transparence peut atteindre 79 %
Voici des fenêtres qui peuvent générer de l’énergie à partir du soleil.
La cellule solaire avec 79% de transparence. Scientific Reports
Les cellules solaires transparentes, qui pourraient transformer les fenêtres, les serres, les panneaux de verre des appareils intelligents, etc. en dispositifs de collecte d’énergie, ont franchi une nouvelle étape vers la réalité.
Une équipe de scientifiques de l’université Tohoku, au Japon, a créé une cellule solaire quasi invisible en utilisant de l’oxyde d’indium et d’étain (ITO) comme électrode transparente et du disulfure de tungstène (WS2) comme couche photoactive.
Selon l’étude publiée dans la revue Scientific Reports, cette cellule a le potentiel d’atteindre une transparence de 79 % et peut contribuer à faire passer les cellules solaires quasi-invisibles à base de DMT du stade de base à celui de l’industrialisation.
Une transparence de 79 %
Mais malgré les récents développements réalisés avec les semi-conducteurs organiques et pérovskites, la transparence visible moyenne de ces cellules solaires est inférieure à 70 %. La création de cellules solaires plus transparentes reste un défi.
Ce type de dispositif PV est connu sous le nom de cellule solaire à jonction Schottky. Une interface placée entre un métal et un semi-conducteur fournit la bande nécessaire à la séparation des charges. Le dispositif proposé et la structure de bande idéale séparent les paires électron-trou photogénérées par une différence de travail entre l’une des électrodes et le semi-conducteur.
Le WS2 est un membre de la famille des dichalcogénures de métaux de transition (TMD), qui, selon les scientifiques, sont parfaits pour les cellules solaires quasi invisibles en raison de leurs bandes interdites acceptables dans le domaine de la lumière visible et de leur plus grande efficacité d’absorption par épaisseur. La connexion ITO-WS2 a été créée en pulvérisant de l’ITO sur un substrat de quartz et en faisant croître la monocouche de WS2 par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), selon PV Magazine.
La barrière de contact entre le WS2 et l’ITO a été ajustée en appliquant divers métaux fins sur l’ITO (Mx/ITO) et en introduisant une fine couche de WO3 entre le Mx/ITO et la monocouche de WS2. En conséquence, la hauteur de la barrière Schottky a augmenté de façon spectaculaire (jusqu’à 220 meV), augmentant potentiellement l’efficacité de la séparation des porteurs de charge dans cette cellule solaire de type Schottky.
En conséquence, les chercheurs ont constaté que le rendement de conversion de puissance de la cellule solaire avec l’électrode optimisée (WO3/Mx/ITO) était plus de 1 000 fois supérieur à celui d’un dispositif utilisant une électrode ITO ordinaire.
Les chercheurs ont calculé qu’une cellule solaire de 1 cm² présentant une valeur extrêmement élevée (79 %) de transmission moyenne dans le visible pourrait voir sa puissance totale augmenter jusqu’à 420 pW en répétant les expériences sur ce dispositif unitaire optimisé avec le bon nombre de connexions en série et en parallèle.
Grâce à des études comme celle-ci, nous pourrions éventuellement mettre au point des panneaux solaires transparents, ce qui aurait des répercussions considérables. Il y aurait cinq à sept milliards de mètres carrés de surfaces vitrées aux États-Unis, des écrans de téléphone aux gratte-ciel. Imaginez la quantité d’électricité qui pourrait être produite si nous pouvions exploiter cette puissance.
Résumé :
Dans cet article, nous avons développé une cellule solaire quasi-invisible grâce à un contrôle précis de la barrière de contact entre une électrode d’oxyde d’indium et d’étain (ITO) et une monocouche de disulfure de tungstène (WS2), obtenue par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La barrière de contact entre le WS2 et l’ITO a été contrôlée en appliquant différents métaux fins sur l’ITO (Mx/ITO) et en insérant une fine couche de WO3 entre le Mx/ITO et la monocouche de WS2, ce qui a entraîné une augmentation drastique de la hauteur de la barrière Schottky (jusqu’à 220 meV) ; cela pourrait augmenter l’efficacité de la séparation des porteurs de charge dans notre cellule solaire de type Schottky. Le rendement de conversion de puissance (PCE) de la cellule solaire avec l’électrode optimisée (WO3/Mx/ITO) était plus de 1000 fois supérieur à celui d’un dispositif utilisant une électrode ITO normale. La fabrication à grande échelle de la cellule solaire a également été étudiée, ce qui a révélé qu’une simple expansion de taille avec de grands cristaux de WS2 et de longues électrodes parallèles ne pouvait pas améliorer la puissance totale (PT) obtenue à partir du dispositif complet, même avec une augmentation de la surface du dispositif ; ceci peut être expliqué par la théorie de la percolation. Ce problème a été résolu en réduisant le rapport d’aspect (largeur/longueur du canal) de la structure du dispositif unitaire à une valeur inférieure à un seuil critique. En répétant les expériences sur ce dispositif unitaire optimisé avec un nombre approprié de connexions en série et en parallèle, la PT a pu être augmentée jusqu’à 420 pW à partir d’une cellule solaire de 1 cm2 avec une valeur très élevée (79 %) de transmission visible moyenne (AVT).
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
